משפט ליוביל (קירוב דיופנטי) – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
שש"מ
שורה 11:
 
==הוכחת המשפט==
'''משפט:''' לכל <math>\ \alpha</math> אי-רציונלי שהוא שורש של פולינום <math>\ f</math> ממעלה <math>\ n</math>, קיים <math>\ A</math> חיובי כך שלכל <math>\ p</math> ו-<math>\ q>0</math> שלמים, <math>\ \left\vert \alpha - \frac{p}{q} \right\vert > \frac{A}{q^n} </math>.
בשלב הראשון של ההוכחה נוכיח [[למה (מתמטיקה)|למה]] שימושית.
 
'''למההוכחה:''' לכלאפשר <math>\להניח \alpha</math> איש-רציונליf שהוא[[פולינום שורשספרבילי|ספרבילי]]. של פולינוםנגדיר <math>\ M=\max|f'(x)|</math> ממעלהבקטע <math>\ n[\alpha-1,\alpha+1]</math>, (המקסימום קיים לפי [[משפט ויירשטראס השני]]). נסמן ב-<math>\ A\alpha_1, \alpha_2, \ldots, \alpha_m</math> חיוביאת כךהשורשים שלכלהממשיים השונים של <math>\ pf</math> והשונים מ-<math>\ q>0\alpha</math>. שלמים,נבחר <math>\ \left\vert \alpha - \frac{p}{q} \right\vert > \frac{A}{q^n} </math>. המקיים:
 
'''הוכחה:''' אפשר להניח ש-f [[פולינום ספרבילי|ספרבילי]]. נגדיר <math>\ M=\max|f'(x)|</math> בקטע <math>\ [\alpha-1,\alpha+1]</math> (המקסימום קיים לפי [[משפט ויירשטראס השני]]). נסמן ב-<math>\ \alpha_1, \alpha_2, \ldots, \alpha_m</math> את השורשים השונים של <math>\ f</math> השונים מ-<math>\ \alpha</math>. נבחר <math>\ A</math> המקיים:
:<math>0< A< \min \left(1, \frac{1}{M}, \left\vert \alpha - \alpha_1 \right\vert, \left\vert \alpha - \alpha_2 \right\vert, \ldots , \left\vert \alpha-\alpha_m \right\vert \right) </math>
נניח בשלילה כי קיים <math>\ p/q</math> הסותר את הלמההמשפט. מתקיים:
: <math> \left\vert \alpha - \frac{p}{q} \right\vert \le \frac{A}{q^n} \le A< \min\left(1, \frac{1}{M}, \left\vert \alpha - \alpha_1 \right\vert, \left\vert \alpha - \alpha_2 \right\vert, \ldots , \left\vert \alpha-\alpha_m \right\vert \right) </math>
לכן <math>\ p/q</math> נמצא בקטע <math>\ [\alpha-1,\alpha+1]</math> (ההפרש בינו לבין <math>\ \alpha</math> קטן מ-1) והוא אינו שורש של <math>\ f</math> ואין אף שורש כזה בינו לבין <math>\ \alpha</math> (ההפרש בינו לבין <math>\ \alpha</math> קטן מההפרש של <math>\ \alpha</math> מכל שורש והוא לא שווה ל-<math>\ \alpha</math> כי <math>\ \alpha</math> אי-רציונלי).
שורה 33 ⟵ 31:
נציב זאת בשוויון הקודם שקיבלנו:
:<math>\ \left\vert \alpha - p/q \right\vert = \left\vert f(p/q) / f'(x_0) \right\vert \ge 1/(q^n|f'(x_0)|) \ge 1/(Mq^n) > A/q^n \ge \left\vert \alpha - p/q \right\vert </math>
האי-שוויונות נובעים מהגדרת <math>\ M</math> ו-<math>\ A</math>. הגענו לסתירה ולכן ההנחה שגויה והלמהוהמשפט הוכחההוכח.
 
'''משפטמסקנה:''': כל מספר ליוביל הוא טרנסצנדנטי.
 
'''הוכחה:''': נניח בשלילה שמספר ליוביל <math>\ x</math> הוא אלגברי, ממעלה n. הוכחנו שהוא אינו רציונלי, ולכן, לפי הלמההמשפט, קיימים <math>\ A, n</math> כך שלכל <math>\ p/q</math> מתקיים <math>\ \left\vert x - \frac{p}{q} \right\vert > \frac{A}{q^{n}} </math>. נבחר <math>\ m</math> כך ש-<math>\ 1/2^m<A</math>. לפי הגדרת מספר ליוביל קיים <math>\ p/q</math> כך שמתקיים <math>\left|x-\frac pq\right|<\frac1{q^{m+n}}=\frac1{q^mq^n} \le \frac1{2^m}\frac1{q^n} \le \frac A{q^n} </math>, וזו סתירה ללמהלמשפט.
 
==מספרי ליוביל==